一种卫生陶瓷及其制备方法与流程

本发明涉及建筑装修材料领域，具体涉及一种卫生陶瓷及其制备方法。

背景技术：

在过去的十几年间，我国传统陶瓷行业的产量一直居世界首位，数据显示，2017年我国建筑陶瓷总产量约为101.46亿m²，卫生、日用陶瓷总产量约为2.2亿件、500亿件。巨大的产量一方面导致了自然资源的急剧缩减和生态环境的严重破坏，另一方面造成了大量废弃陶瓷的产生，据不完全统计，我国每年在建筑陶瓷行业产生的陶瓷废料高达1800万吨左右。陶瓷废料是一种极其稳定的材料，在自然状态下可以稳定保存长达几千年，在人为的回收利用上也存在极大的技术困难，陶瓷废料的回收不仅要消耗更多的资源和人力，更会对自然环境造成进一步的损害，因此，探索陶瓷废料回收再利用成为当前解决此问题的热点话题，以简单、容易实现、便于产业化的方法回收利用陶瓷废料，是当前探索的主要方向。

目前，对于陶瓷废料的回收利用可以总结为以下几个方面：第一，用于制备建筑陶瓷的坯料。利用颗粒细小的抛光陶瓷废料可以制备得到符合国家标准的陶瓷砖，其中废瓷最大加入量可达40～60％，而且由于陶瓷废料的引入可以实现成品的低温快烧。第二，用于制备卫生陶瓷坯料。卫生陶瓷废料在经过破碎、球磨后仍可以作为卫生陶瓷的坯用原料，但是由于废瓷粒的颗粒大、硬度高，所以要经过多次破碎球磨，而且不易实现低温快烧。第三，用于制备多孔陶瓷。陶瓷废料在高温烧成过程中，材料内部可以形成均匀封闭的气孔，利用其高温发泡原理可以制备轻质保温材料、隔音材料、防火材料等。第四，用于制备全废料透水砖。利用废瓷粒作为原料，其在压制成型过程中易形成连通的孔结构，有助于雨水渗透，可以制备成为园林透水砖使用。该方法对废弃陶瓷利用率很高，可以达到70～80％。第五，用于制备水泥基材料。陶瓷废料中的sio2和al2o3具有火山灰质混合材料的特性，因此可以作为低廉的原料生产水泥。

现有的利用陶瓷废料制备的卫生陶瓷的力学性能较差，而且吸水性能也有待改善。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足之处而提供一种卫生陶瓷及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种卫生陶瓷的制备方法，所述方法包括以下步骤：

(1)将钠长石、西坑泥、石英、乌土、烧滑石、球土、硅酸锆、方解石、钾长石中的至少五种和废弃陶瓷粉碎至粒径为1μm～30μm后作为固体原料，所述固体原料在水中分散均匀制成浆料，所述废弃陶瓷占所述固体原料重量的百分比为15％～40％；

(2)将所述浆料静置陈腐后经过注浆成型和脱模干燥得到生坯样品；

(3)将所述生坯样品于1150℃～1250℃下烧制得到所述卫生陶瓷。

上述的卫生陶瓷的制备方法以废弃陶瓷为原料，并且废弃陶瓷结合钠长石、西坑泥、石英、乌土、烧滑石、球土、硅酸锆、方解石、钾长石中的至少五种，通过粉碎制成浆料后烧制得到卫生陶瓷，实现了废弃陶瓷的重复利用，节约了资源，并且发明人通过研究发现，当废弃陶瓷占所述固体原料重量的百分比为15％～40％时，制备得到的卫生陶瓷具有优异的抗弯折强度，吸水率更低，避免了潮湿。

优选地，所述废弃陶瓷占所述固体原料重量的百分比为20％～35％。

发明人通过研究意外的发现，废弃陶瓷占所述固体原料重量的百分比为20％～35％时，制备得到的卫生陶瓷具有更好的抗弯折强度，和更低的吸水率。

优选地，所述废弃陶瓷占所述固体原料重量的百分比为25％～32％。

发明人通过研究意外的发现，废弃陶瓷占所述固体原料重量的百分比为25％～32％时，制备得到的卫生陶瓷具有更好的抗弯折强度，和更低的吸水率。

优选地，所述废弃陶瓷占所述固体原料重量的百分比为28％～32％。

发明人通过研究意外的发现，废弃陶瓷占所述固体原料重量的百分比为28％～32％时，制备得到的卫生陶瓷具有更好的抗弯折强度，和更低的吸水率。

优选地，所述步骤(1)中，所述浆料中的固体原料和水的重量比为1：(0.4～0.8)。

发明人通过研究发现，浆料中的固体原料和水的重量比为1：(0.4～0.8)时，更有利于注浆成型。

优选地，所述步骤(2)中，静置陈腐的时间为20～30h。

优选地，所述步骤(2)中，静置陈腐的时间为20～26h。

优选地，所述步骤(2)中，静置陈腐的时间为22～24h。

优选地，所述步骤(2)中，所述脱模干燥的温度为80℃～170℃。

发明人通过研究发现，脱模干燥的温度为80℃～170℃时，干燥效率高而且避免了生坯样品的开裂。

更优选地，所述步骤(2)中，所述脱模干燥的温度为80℃～130℃。

更优选地，所述步骤(2)中，所述脱模干燥的温度为80℃～110℃。

优选地，所述固体原料中包括废弃陶瓷、钠长石、西坑泥、乌土、烧滑石和球土，所述废弃陶瓷、钠长石、西坑泥、乌土、烧滑石和球土的重量比为废弃陶瓷：钠长石：西坑泥：乌土：烧滑石：球土＝(15～40)：(2～12)：(20～25)：(4～14)：(2～4)：(10～35)。

发明人通过研究发现，废弃陶瓷结合钠长石、西坑泥、乌土、烧滑石和球土并且限定组分的重量比例符合上述条件时，制备得到的卫生陶瓷具有更好的抗弯折强度，和更低的吸水率。

优选地，所述步骤(3)中，生坯样品于1150℃～1250℃下烧制的时间为40～80min。

优选地，所述浆料中还包括硅酸钠，所述浆料中的硅酸钠与所述固体原料的重量比为(0.4～1.0):100。

优选地，所述步骤(1)中，粒径范围为2μm～25μm。进一步优选地，所述步骤(1)中，粒径范围为3μm～20μm。

本发发明还提供一种上述任一所述的制备方法制备得到的卫生陶瓷。

本发明的有益效果在于：本发明提供了一种卫生陶瓷及其制备方法，本发明的卫生陶瓷的制备方法以废弃陶瓷为原料，并且废弃陶瓷结合钠长石、西坑泥、石英、乌土、烧滑石、球土、硅酸锆、方解石、钾长石中的至少五种，通过粉碎制成浆料后烧制得到卫生陶瓷，实现了废弃陶瓷的重复利用，节约了资源，并且显著改善了卫生陶瓷的抗弯折强度，降低了卫生陶瓷的吸水率，避免了潮湿。

附图说明

图1为本发明实施例的废弃陶瓷的xrd图。

图2为本发明实施例的废弃陶瓷的sem图。

图3为本发明实施例制备得到的卫生陶瓷的xrd图。

图4为本发明实施例制备得到的卫生陶瓷的sem图。

图5为本发明实施例制备得到的卫生陶瓷的力学性能和吸水率的点线图。

具体实施方式

为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

作为本发明实施例的一种卫生陶瓷的制备方法，所述方法包括以下步骤：

(1)将钠长石10g、西坑泥23g、乌土10g、烧滑石2g、球土30g和废弃陶瓷15g球磨45分钟粉碎至粒径为3μm～20μm后作为固体原料，所述固体原料外加水玻璃0.3％在水中分散均匀制成浆料，所述废弃陶瓷预先经过破碎机破碎后球磨；

(2)将所述浆料静置陈腐24h后，将石膏模具表面先润湿经过注浆成型静置3小时，脱模后与110℃下干燥得到生坯样品；

(3)将所述生坯样品于马弗炉中升温至1200℃下烧制60分钟得到所述卫生陶瓷。

本实施例的西坑泥购自潮州四通陶瓷有限公司，西坑泥的化学成分：sio268.25％、al2o325.31％、cao0.17％、mgo0.25％、fe2o32.03％、tio20.10％、k2o3.58％、na2o0.31％。

本实施例的乌土购自潮州四通陶瓷有限公司，乌土的化学成分为：sio272.02％、al2o321.70％、cao0.19％、mgo0.48％、fe2o32.55％、tio21.08％、k2o0.91％、na2o0.06％、烧失量1.01％。

实施例2-10

实施例2-10与实施例1的区别为：步骤(1)中的球磨时间，步骤(3)中的烧制温度和烧制温度下的保温时间，固体原料的组分为：钠长石8g、西坑泥23g、乌土8g、烧滑石2g、球土30g、废弃陶瓷30g。

实施例1-实施例9设计了3因素3水平的正交实验，正交实验因素水平如表1所示。通过9组实验，可以得到正交实验的结果如表2所示，极差分析如表3所示。

表1正交实验因素水平表

表2正交实验结果

表3极差分析表

根据正交实验的特性，极差越大，该因素水平对评定指标的影响越大。所以对瓷坯抗折强度的影响大小依次为b(烧成温度)＞a(球磨时间)＞c(保温时间)，优化工艺为：a2b2c3，即球磨时间45min，烧成温度1200℃，保温时间60min。

实施例11

作为本发明实施例的一种卫生陶瓷的制备方法，本实施例与实施例1的唯一区别为：(1)将钠长石10g、西坑泥23g、乌土10g、烧滑石2g、球土30g和废弃陶瓷20g粉碎至粒径为3μm～20μm后作为固体原料。

实施例12

作为本发明实施例的一种卫生陶瓷的制备方法，本实施例与实施例1的唯一区别为：(1)将钠长石10g、西坑泥23g、乌土10g、烧滑石2g、球土30g和废弃陶瓷25g粉碎至粒径为3μm～20μm后作为固体原料。

实施例13

作为本发明实施例的一种卫生陶瓷的制备方法，本实施例与实施例1的唯一区别为：(1)将钠长石10g、西坑泥23g、乌土10g、烧滑石2g、球土30g和废弃陶瓷30g粉碎至粒径为3μm～20μm后作为固体原料。

实施例14

作为本发明实施例的一种卫生陶瓷的制备方法，本实施例与实施例1的唯一区别为：(1)将钠长石10g、西坑泥23g、乌土10g、烧滑石2g、球土30g和废弃陶瓷35g粉碎至粒径为3μm～20μm后作为固体原料。

实施例15

作为本发明实施例的一种卫生陶瓷的制备方法，本实施例与实施例1的唯一区别为：(1)将钠长石10g、西坑泥23g、乌土10g、烧滑石2g、球土30g和废弃陶瓷40g粉碎至粒径为3μm～20μm后作为固体原料。

效果例1

样品的xrd图谱是采用荷兰panalytical公司xpertpro型x射线衍射分析仪测定。

样品的扫描电镜照片采用德国zeiss公司evo18型扫描电子显微镜测定。

样品的力学性能是由美国instron公司instron5567型万能力学试验仪测定。

吸水率的测试：

吸水率(w)指材料试样放在蒸馏水中，在规定的温度和时间内所有开口气孔的吸水质量与试样110℃下的干燥质量之比，具体测量方法如下：

将试样于110℃的干燥箱中，干燥3h，冷却至室温后于电子天平上称重(精确至0.01g)，记为m1；

将试样置于烧杯中并用蒸馏水浸没，加热至沸腾后再煮沸3h，煮沸时不要让试样、烧杯壁接触，然后冷却至室温得到饱和试样；

称量该饱和试样浸没在蒸馏水中的质量(精确至0.01g)，即得饱和试样的表观质量m2；

用饱和了蒸馏水的毛巾，小心地拭去饱和试样表面流挂的液珠(注意不可将大孔中的浸液吸出)，即得饱和试样的质量m3。最后利用公式w＝[(m3-m1)/m1]×100％，即可得出试样的吸水率。

抗折强度的测试：

本实验采用instron5567材料万能试验机测试常温下的抗折强度。试样的尺寸为：3mm×4mm×40mm，采用三点抗弯(抗折)法测量，加载速度为0.5mm/min，抗弯强度(σf)的计算公式为：σf＝1.5×pl/bh²。式中σf为抗弯强度，mpa；b和h分别为试样断裂截面的宽度和高度，mm；p为试样断裂时的最大载荷，n；l为支座之间的跨度，mm，本实验所取为30mm。

测试废弃陶瓷的xrd图谱，结果如图1所示。测试废弃陶瓷sem图，结果如图2所示。测试实施例1制备得到的卫生陶瓷的xrd图谱，结果如图3所示。测试实施例1制备得到的卫生陶瓷的sem图结果如图4所示。图1、2分别是废弃陶瓷的xrd、sem图，主要是表征废气陶瓷的物相和形貌。图3、4分别是制备的瓷坯的xrd、sem图，从xrd图中可以看出，瓷坯的主要晶相为石英和莫来石，并且莫来石晶相的峰强明显较图1高，说明莫来石晶相含量增加，莫来石有利于增强陶瓷坯体的强度，因此莫来石晶相增加，有利于瓷坯整体强度的增大。从图4中可以看出，试样表面无明显气孔，说明在控制最佳配方和最佳工艺的条件下，可以制备无明显气孔、致密的瓷坯。

测试实施例1、实施例11-实施例15制备得到的卫生陶瓷的抗折强度和吸水率，结果如图5所示。由图5可知，实施例11-实施例15制备得到的卫生陶瓷具有更好的抗弯折强度，吸水率更低，避免了潮湿，即当废弃陶瓷占所述固体原料重量的百分比为21.05％～34.78％时，制备得到的卫生陶瓷具有优异的抗弯折强度，吸水率更低，避免了潮湿。

由图5可知，实施例12-实施例14制备得到的卫生陶瓷具有更好的抗弯折强度，吸水率更低，避免了潮湿，即当废弃陶瓷占所述固体原料重量的百分比为25％～31.82％时，制备得到的卫生陶瓷具有更好的抗弯折强度，和更低的吸水率。

最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。